活塞压力计稳定性研究

　　0　引言

　　随着活塞材料、加工工艺及几何量精密测量技术的发展,活塞压力计在压力计量中发挥着越来越重要的作用,尤其是气体活塞压力计发展更快,进步更明显。活塞压力计稳定性是影响其压力量值准确传递的一个重要因素。依据活塞压力计工作原理和实际使用可知,主要有三个因素影响其稳定性:1)活塞和砝码质量的稳定性;2)活塞有效面积稳定性;3)重力加速度稳定性。本文将从上述三方面依据不同时期的测量数据分析其影响。

　　1　活塞压力计基本工作原理

　　活塞压力计是基于流体静力平衡原理设计的,即作用在活塞有效面积上流体压力与其所负荷重力相平衡,如图1所示[1]。活塞工作时应稳定悬浮于活塞筒中并处于一固定位置(称工作位置)。为了避免产生静摩擦力,在工作时使活塞杆与活塞筒之间有一相对旋转运动,活塞筒与活塞杆之间有一个均匀介质层从而使活塞杆处于活塞筒中心位置。所产生压力大小基本公式如下:

　　式中:Ae为在参考温度和当地大气压下活塞系统的有效面积();p为被测压力(N/);m为活塞及所负荷砝码质量(kg);g为当地重力加速度(m/)。

　　2　影响活塞压力计稳定性的因素

　　2.1　活塞和砝码质量的稳定性

　　2.1.1　砝码质量的稳定性

　　砝码质量的稳定性决定活塞压力计量值的稳定性。所以在使用砝码时,应格外小心,以避免改变其质量。在接触砝码时,应带手套,以防止身体的油脂和汗水弄脏砝码。该砝码由304L无磁性不锈钢材料制造,最后工序是电解抛光。其质量值直接溯源到中国计量科学研究院。表1是该套砝码历年溯源数值。

　　2.1.2　活塞质量的稳定性

　　307和372活塞压力计都是由碳化钨材料制成,碳化钨材料具有超级耐磨的特性,而且活塞的研磨加工工艺比砝码要求更高。表2是其历年溯源的数值。

　　活塞和套筒是固定搭配使用的,307号活塞固定使用265号套筒,372号活塞固定使用344号套筒。活塞和套筒产生该活塞压力计的初始压力值,307号活塞的初始值为5kPa,372号活塞的初始值为13kPa。

　　2.1.3　活塞及砝码质量稳定性的比较

　　由以上数据分析可知,套筒质量变化量相对较大,这是由于套筒使用频率高,每次检测都要使用套筒,一个套筒对应所有砝码,而且添加砝码时,砝码与套筒间会产生摩擦,长久以往套筒的质量就会减少。

　　2.2　活塞压力计有效面积的稳定性

　　2.2.1　活塞有效面积确定方法

　　经理论推导证明,标准条件下活塞有效面积按如下公式计算:

　　式中:rp为活塞杆半径;h0为活塞间隙宽度。